夯實水泥土樁復(fù)合地基變形特性的試驗研究

1、<p>　　夯實水泥土樁復(fù)合地基變形特性的試驗研究</p><p>　　摘要：本文通過對夯實水泥土樁復(fù)合地基的單樁、單樁復(fù)合地基和多樁復(fù)合地基的對比試驗研究，得出了夯實水泥土樁復(fù)合地基中樁、樁間土和復(fù)合地基的沉降變形規(guī)律。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：復(fù)合地基；荷載；變形特性 </p><p>　　中圖分類號：TU4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號： <

2、/p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　夯實水泥土樁復(fù)合地基技術(shù)是目前我國北方地區(qū)地下水位較深的一種地基處理新技術(shù)，它是將水泥和土按設(shè)計比例拌和均勻，在孔內(nèi)夯實至設(shè)計要求的密實而形成的加固樁體，與樁間土組合成復(fù)合地基，已廣泛應(yīng)用在建設(shè)工程的地基處理中。該項技術(shù)發(fā)布實施有行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)，并發(fā)表有多篇論文和研究成果，尤其在強度和施工工藝等方面的研究較

3、為變遍，但是在變形特性試驗研究較少。 </p><p>　　該項技術(shù)隨著復(fù)合地基在工程中的廣泛應(yīng)用，復(fù)合地基承載力和沉降的確定一直是學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的問題。一些學(xué)者利用現(xiàn)場試驗結(jié)果來推求碎石樁復(fù)合地基的變形，也有的學(xué)者利用半空間均質(zhì)彈性體的Mindlin應(yīng)力解或Geddes應(yīng)力解，用分層總和法來求彈性狀態(tài)下柔性樁復(fù)合地基的沉降，這些結(jié)果都有待于實踐的進一步檢驗.現(xiàn)場靜荷試驗被公認(rèn)為是最可靠的手段.復(fù)合地基的特點

4、在于樁與樁間土共同承擔(dān)荷載，根據(jù)單樁復(fù)合地基載荷試驗得到的荷載沉降P-S曲線來推求復(fù)合地基承載力和沉降量具有現(xiàn)實意義。本文通過現(xiàn)場21組天然地基、單樁、單樁復(fù)合地基和多樁復(fù)合地基的試驗，其樁徑為300mm、樁長為4.0m、樁間距為1.0m、置換率為7.1%、水泥摻入比為12%的試驗條件，進行了對比試驗研究。實測夯實水泥土樁復(fù)合地基在靜載荷試驗條件下的沉降，來研究復(fù)合地基中樁、樁間土各自的變形規(guī)律。 </p><p&g

5、t;　　2不同條件下夯實水泥土單樁和復(fù)合地基變形特性 </p><p><b>　　2.1 天然地基 </b></p><p>　　天然地基載荷試驗結(jié)果（圖1）顯示，隨著施加在天然地基上荷載的增加，地基沉降量不斷增長，荷載和沉降關(guān)系曲線表現(xiàn)為緩變型，曲線未出現(xiàn)明顯的拐點。曲線初始的彈性直線段較短，為天然地基彈性壓縮階段，此時地基沉降小。隨著載荷水平提高，地基土出現(xiàn)塑性

6、變形，荷載與沉降關(guān)系曲線發(fā)生彎曲，很快隨荷載增加天然地基沉降加快，地基土發(fā)生屈服破壞。 </p><p><b>　　2.2 單樁 </b></p><p>　　單樁載荷試驗結(jié)果（圖2）可知，隨著施加在樁頂荷載的增加，樁身沉降量不斷增長。荷載與沉降關(guān)系曲線上出現(xiàn)明顯的拐點，表現(xiàn)為陡降型。曲線呈現(xiàn)出三段特點，第一段是初始直線段，為樁身彈性壓縮階段，此時樁身沉降??；隨著荷

7、載水平提高，樁身發(fā)生屈服，荷載與沉降關(guān)系曲線發(fā)生彎曲，這一曲線段較短；很快樁身沉降量隨荷載增加加快，樁身發(fā)生破裂破壞。現(xiàn)場挖樁觀測，發(fā)現(xiàn)樁身上端均發(fā)生了劈裂破壞，破裂面基本上與荷載作用方向一致，這是樁身受豎向荷載沿水平方向產(chǎn)生的次生拉伸應(yīng)力而導(dǎo)致樁身破壞。這也從另一個側(cè)面反映了夯實水泥土類樁的黏結(jié)強度較低，故其在豎向荷載作用下易發(fā)生脆性張裂破壞。 </p><p>　　2.3 單樁復(fù)合地基 </p>

8、<p>　　由試驗結(jié)果可知，本次試驗的水泥土樁水泥與土滲入比為1：7（體積比），樁土模量的比值較小。當(dāng)荷載水平較低時，復(fù)合地基產(chǎn)生的變形也較小，荷載主要由樁體來承擔(dān)，樁間土發(fā)揮的作用很小。隨荷載的增加，復(fù)合地基變形量增大，樁間土因被壓密其承載作用逐漸得到發(fā)揮。當(dāng)樁體分擔(dān)荷載達到樁體的彈性極限后，樁間土的荷載分擔(dān)比迅速增大。 </p><p>　　單樁復(fù)合地基載荷試驗結(jié)果（圖3）可知。荷載與沉降關(guān)系曲線

9、仍表現(xiàn)為三段特點，在復(fù)合地基載荷試驗P-S曲線上表現(xiàn)為直線段較長，隨荷載增加復(fù)合地基沉降成線性增長，初始的直線段一直延伸到300kN以上，說明單樁復(fù)合地基的彈性變形量較大，復(fù)合地基的承載力較高；隨后，曲線發(fā)生彎曲，復(fù)合地基發(fā)生屈服，很快就出現(xiàn)了陡降段，而且隨荷載水平提高沉降增加的速率加快，說明夯實水泥土樁復(fù)合地基在豎向荷載作用下發(fā)生破壞。曲線的特點顯示了單樁復(fù)合地基發(fā)生脆性變形破壞的特點。試驗結(jié)束后，挖樁結(jié)束后，挖樁檢測發(fā)現(xiàn)樁頭破裂，這

10、進一步證明了夯實水泥土單樁復(fù)合地基的破壞方式為脆性破壞。 </p><p>　　與單樁載荷試驗的結(jié)果相比，單樁復(fù)合地基荷載與沉降關(guān)系曲線的初始直線段明顯比單樁要長得多，復(fù)合地基的承載力相比于單樁有明顯提高，說明采用復(fù)合地基處理地基土比單純采用樁處理地基土更經(jīng)濟合理。 </p><p>　　2.4 四樁復(fù)合地基 </p><p>　　四樁復(fù)合地基載荷試驗結(jié)果（圖4）可

11、知，荷載與沉降關(guān)系曲線表現(xiàn)為緩臺階狀特點，初始的直線段一直延伸到1000kN以上，說明多樁復(fù)合地基折彈性變形模量較大，復(fù)合地基的承載力較高；隨荷載增加，曲線發(fā)生彎曲，復(fù)合地基發(fā)生屈服。隨后曲線出現(xiàn)了臺階，沉降速率減慢，繼續(xù)施加荷載，曲線出現(xiàn)陡降段，而且隨荷載水平提高沉降增加的速率加快，說明夯實水泥土樁復(fù)合地基在豎向荷載作用下發(fā)生破壞。曲線臺階式的變化特點反映了四樁復(fù)合地基內(nèi)各樁不是同時發(fā)生破壞，當(dāng)P-S曲線開始出現(xiàn)彎曲段時，可能是其中某

12、一根樁或兩根樁發(fā)生了屈服，甚至破裂，但隨之其余樁承擔(dān)了不斷施加的荷載，隨后剩余的樁相繼屈服。試驗結(jié)束后，觀測四樁樁身變形破壞情況，發(fā)現(xiàn)僅有兩根樁頭發(fā)生了破裂，這說明夯實水泥土多樁復(fù)合地基的破壞方式以樁身累進式破壞為主。與單樁、單樁復(fù)合地基載荷試驗的結(jié)果相比，四樁復(fù)合地基的荷載與沉降關(guān)系曲線的臺階式變化特點反映了多樁復(fù)合地基承載特性的復(fù)雜性。雖然第一次屈服后，多樁復(fù)合地基后期的承載力仍有潛力，但從安全的角度來說，這部分的承載力只能作為安全

13、儲備。 </p><p>　　2.5 褥墊層對變形特性的影響 </p><p>　　當(dāng)樁體與基礎(chǔ)之間設(shè)置有墊層時，在樁頂處，由于樁體刺入墊層中，樁體相對于土體發(fā)生了向上的相對位移，則樁頂處產(chǎn)生的向下的負(fù)摩阻力，在墊層以下則產(chǎn)生向上的正摩阻力。柔性樁樁側(cè)摩阻力的分布規(guī)律與是否設(shè)置墊層、樁體剛度、樁間土強度、樁端土強度和基礎(chǔ)剛度等諸多因素有關(guān)，在計算分析中要充分考慮這些因素。不同厚度的褥墊層對

14、夯實水泥土樁復(fù)合地基的變形明顯不同，試驗中選取了不同厚度（0.1m、0.2m、.03m、0.4m、0.5m）和不同材料（粗砂和碎石）的對比試驗，發(fā)現(xiàn)復(fù)合地基的承載力比天然地基上、單樁均有明顯提高，承載力特征值在設(shè)置褥墊層后顯著增長。在設(shè)置0.2m和0.3m厚粗砂墊層（圖5、圖6）后，試驗測得的單樁復(fù)合地基承載力特征值比按單樁和樁間土復(fù)合計算的承載力特征值提高了30%以上。 </p><p>　　從不同厚度褥墊層的

15、夯實水泥土單樁復(fù)合地基荷載與沉降關(guān)系曲線看出。當(dāng)褥墊層厚度由小變大時，荷載與沉降關(guān)系曲線出現(xiàn)在有規(guī)律的變化。當(dāng)墊層厚度為0.1m時，曲線的三段性明顯，復(fù)合地基屈服前沉降量不足10mm，初始的直線段后，荷載繼續(xù)增加，復(fù)合地基發(fā)生屈服，但屈服段很短，復(fù)合地基很快出現(xiàn)塑性變形破壞；墊層厚度增加到0.2m，復(fù)合地基屈服時的沉降量不足40mm，至0.3m時，屈服時的沉降量增加至50mm左右，此時初始的直線段有彎曲現(xiàn)象，這說明在復(fù)合地基屈服前雖然以

16、彈性壓縮變形為主外，尚發(fā)生了少量的塑性變形；墊層厚度增加至0.5m時，初始的直線段和破壞以后的陡降段不再明顯分開，曲線有向緩變型曲線變化的趨勢，這與工程實際情況也是相符的。 </p><p><b>　　3 結(jié)論 </b></p><p>　　通過天然地基、單樁、單樁復(fù)合地基、四樁復(fù)合地基在豎向荷載下的變形特點，可以得出以下結(jié)論： </p><p&

17、gt;　　試驗場地地基為粉土和粉質(zhì)黏土，天然地基荷載—沉降曲線表現(xiàn)為緩變型，這與以往載荷試驗結(jié)果是一致的；夯實水泥土樁單樁由于能自身成樁，具有一定的黏結(jié)強度，故單樁受荷后均表現(xiàn)為脆性劈裂破壞，其荷載—沉降曲線表現(xiàn)為陡降型；單樁復(fù)合地基對相同樁長和相同樁徑、相同水泥摻入比的復(fù)合地基來說，其與沉降曲線密切相關(guān)，復(fù)合地基荷載—沉降曲線表現(xiàn)為陡降型；四樁復(fù)合地基荷載一關(guān)系曲線均表現(xiàn)為緩降型。 </p><p>　　夯實水

18、泥土樁復(fù)合地基承擔(dān)荷載時，樁頂?shù)淖冃位旧吓c復(fù)合地基是同步的。但其荷載—沉降曲線大都表現(xiàn)為陡降型曲線，這與夯實水泥土樁本身承載力不高，且分擔(dān)荷載較大有關(guān)。試驗結(jié)果表明，可以利用樁頂?shù)暮奢d—沉降曲線來確定單樁復(fù)合地基或樁身的承載力。 </p><p>　　當(dāng)復(fù)合地基承載時，樁間土的沉降量大小與深度成反比。樁間土埋深越大，則其沉降量越小，沉降量集中在3~4倍樁徑范圍內(nèi)。 </p><p>　　

19、墊層的厚薄與樁頂受力及沉降大小密切相關(guān)。選擇合適的墊層厚度對夯實水泥土樁復(fù)合地基的承載能力的提高和沉降變形的降低是有益的。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]閻明禮·地基處理技術(shù)[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2001. </p><p>　　[2]張振拴·水泥土樁復(fù)合地基技術(shù)研究

20、.建筑工程技術(shù)實踐與進展[M].石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，2004：1—6 </p><p>　　[3]張振拴，等·水泥土樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程（DB13(J)39—2003）[S].石家莊：河北省建設(shè)廳發(fā)布，2003. </p><p>　　[4]郭忠賢，楊志紅，宋杰，等.夯實水泥土樁的荷載傳遞特性[J].巖土力學(xué)，2000，21（3）. </p><p>